电弧及灭弧装置.优秀PPT.ppt
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1、电弧及灭弧装置电弧及灭弧装置 学习目标学习目标 理解交、直流电弧的伏安特性;理解交、直流电弧的伏安特性;理解沟通电弧较直流电弧易于熄灭的缘由;理解沟通电弧较直流电弧易于熄灭的缘由;驾驭交、直流电弧常用的熄弧方法;驾驭交、直流电弧常用的熄弧方法;驾驭常用灭弧装置的结构及作用原理。驾驭常用灭弧装置的结构及作用原理。引言引言 在有触点电器中,触头接通和分断电流的过程中往往伴随在有触点电器中,触头接通和分断电流的过程中往往伴随着气体放电现象电弧的产生及熄灭。电弧对电器具有着气体放电现象电弧的产生及熄灭。电弧对电器具有确定的危害。确定的危害。本节通过对电弧现象的介绍,分析其产生和熄灭的过程,本节通过对电
2、弧现象的介绍,分析其产生和熄灭的过程,介绍电器常用的灭弧方法及装置,以解决电弧在电器中的介绍电器常用的灭弧方法及装置,以解决电弧在电器中的影响。影响。电弧现象及特点电弧现象及特点电弧现象及特点电弧现象及特点 电弧是气体中的一股猛烈电子流,属于气体放电的一种形式。电弧是气体中的一股猛烈电子流,属于气体放电的一种形式。电弧是气体中的一股猛烈电子流,属于气体放电的一种形式。电弧是气体中的一股猛烈电子流,属于气体放电的一种形式。电子的源泉是阴极,接受电子的是阳极,外观像一团亮度极电子的源泉是阴极,接受电子的是阳极,外观像一团亮度极电子的源泉是阴极,接受电子的是阳极,外观像一团亮度极电子的源泉是阴极,接
3、受电子的是阳极,外观像一团亮度极高、温度极高的火焰。高、温度极高的火焰。高、温度极高的火焰。高、温度极高的火焰。产生电弧的极限条件:电路中的电流和电压必需大于某一最产生电弧的极限条件:电路中的电流和电压必需大于某一最产生电弧的极限条件:电路中的电流和电压必需大于某一最产生电弧的极限条件:电路中的电流和电压必需大于某一最小生弧电流小生弧电流小生弧电流小生弧电流(ISH)(ISH)和最小生弧电压和最小生弧电压和最小生弧电压和最小生弧电压(USH)(USH)电弧产生的条件:分断过程中电压1020V电流80100mA;或者高压电击穿、闪络等。电弧的危害和应用(1)危害:破坏绝缘,造成短路,损伤电器设备
4、。造成人身损害事故。(2)应用:电焊 1.电弧的危害电弧的危害 (1)电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间,)电弧的存在延长了开关电器开断故障电路的时间,加重了电力系统短路故障的危害。加重了电力系统短路故障的危害。(2)电弧产生的高温,将使触头表面熔化和蒸化,烧坏)电弧产生的高温,将使触头表面熔化和蒸化,烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危急。绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危急。(3)由于电弧在电动力、热力作用下能移动,很简洁造)由于电弧在电动力、热力作用下能移动,很简洁造成飞弧短路和伤人,或引起事故的扩大。成飞弧短路和伤人,或引起事故的扩大。2.电弧的结
5、构电弧的结构电弧电压阴极区压降弧柱压降阳极区压降电弧电压阴极区压降弧柱压降阳极区压降 3.电弧的分类电弧的分类 (1)短弧:弧长小于弧径的电弧)短弧:弧长小于弧径的电弧 特点:物理过程主要确定于阴极,电弧压降主要反应的特点:物理过程主要确定于阴极,电弧压降主要反应的是极前压降是极前压降 (2)长弧:弧长大大超过弧径的电弧)长弧:弧长大大超过弧径的电弧 特点:电弧压降主要由弧柱压降确定特点:电弧压降主要由弧柱压降确定 关键:了解驾驭电弧内在的物理过程及其基本规律是进行关键:了解驾驭电弧内在的物理过程及其基本规律是进行如何熄灭电弧的落脚点。如何熄灭电弧的落脚点。(1)强电场放射 触头刚刚分开,由于
6、动、静触头的距离很小,触头间的电场强度就特别大,使触头内部的电子在强电场作用下被拉出来,就形成强电场放射。(2)热电子放射 当动、静触头分别时,触头间的接触压力及接触面积渐渐缩小,接触电阻增大,使接触部位猛烈发热,导致阴极表面温度急剧上升而放射电子,形成热电子放射。4、电弧的形成、电弧的形成(3)碰撞游离 当高速运动的电子积聚足够大的动能时,就会从中性质点中打出一个或多个电子,使中性质点游离,这一过程称为碰撞游离。(4)热游离 弧柱中气体分子在高温作用下产生猛烈热运动,动能很大的中性质点相互碰撞时,将被游离而形成电子和正离子,这种现象称为热游离。热游离实质上也是撞击游离,只不过发生撞击的缘由是
7、高温引起而不是电场引起的。四种方式总结 电弧的产生,第一是由于热的作用,发生热放射和热游离;其次是由于电场的作用,发生冷放射和撞击游离。近而如何使得电弧快速冷却是熄灭电弧的主要方法。断路器断开过程中电弧是这样形成的。触头刚分别时突然解除接触压力,阴极表面马上出现高温炙热点,产生热电子放射;同时,由于触头的间隙很小,使得电压强度很高,产生强电场放射。从阴极表面逸出的电子在强电场作用下,加速向阳极运动,发生碰撞游离,导致触头间隙中带电质点急剧增加,温度隧然上升,产生热游离并且成为游离的的主要因素,此时,在外加电压作用下,间隙被击穿,形成电弧。上述是电弧形成的四个因素,事实上是个连续过程上述是电弧形
8、成的四个因素,事实上是个连续过程(1)复合 复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。又分为干脆复合和间接复合。复合的速度受温度的影响喝大,温度越高复合几率越小。加强复合方式:冷却电弧 加入大量的簇新气体分子(2)扩散 扩散是弧柱中的带电质点逸出弧柱以外,进入四周冷介质的现象。扩散分类:温度扩散 浓度扩散 利用吹弧扩散5、电弧熄灭的物理过程、电弧熄灭的物理过程 电弧同时存在着游离和消游离作用。电弧的燃烧状况就取决于同时存在着的游离作用和消游离作用的这对冲突的斗争及其转化。游离消游离:电弧就会发生游离消游离:电弧趋于熄灭游离=消游离:稳定燃烧状态游离与消游离游离与消游离(1 1)直流电弧
9、的伏安特性)直流电弧的伏安特性(2 2)电弧能量)电弧能量(3 3)直流电弧的熄灭)直流电弧的熄灭(4 4)熄弧时的过电压)熄弧时的过电压6、直流电弧及其熄灭、直流电弧及其熄灭试验:在两个铜极之间放开的空气试验:在两个铜极之间放开的空气中,有稳定燃烧的电弧。测得电弧中,有稳定燃烧的电弧。测得电弧长度长度LDH1.LDH1.调整回路电流,分别测调整回路电流,分别测量电弧电流量电弧电流IDHIDH和电弧两端电压和电弧两端电压UDHUDH,绘出其伏安特性曲线。,绘出其伏安特性曲线。(1)直流电弧的伏安特性直流电弧的伏安特性 直流电弧稳定燃烧时,电弧所产生的功率为直流电弧稳定燃烧时,电弧所产生的功率为
10、PDH=UDHIDH,PDH=UDHIDH,此功率此功率几乎全部转变为热量散失到四周介质中去。几乎全部转变为热量散失到四周介质中去。PDH=UDHIDH=PCD+PFS+PDL PDH=UDHIDH=PCD+PFS+PDL 很明显,直流电弧稳定燃烧时,电弧产生的功率应等于散热很明显,直流电弧稳定燃烧时,电弧产生的功率应等于散热的功率的功率 电路中有电感时,熄弧就较困难,因为线圈中储存的能量必需电路中有电感时,熄弧就较困难,因为线圈中储存的能量必需通过电弧释放。通过电弧释放。(2)电弧能量电弧能量 通常运用吹弧的方法,吹弧的方法可以加速电弧能量的散失而使通常运用吹弧的方法,吹弧的方法可以加速电弧
11、能量的散失而使其熄灭。与此同时,吹弧时通常也伴随着电弧被拉长,而且电弧被拉其熄灭。与此同时,吹弧时通常也伴随着电弧被拉长,而且电弧被拉长到确定长度后就会熄灭长到确定长度后就会熄灭(3)直流电弧的熄灭直流电弧的熄灭 预防熄弧时的高电压方法预防熄弧时的高电压方法(4)熄弧时的高电压及其削减方法熄弧时的高电压及其削减方法1.1.沟通电弧的特点沟通电弧的特点2.2.沟通电弧的熄灭沟通电弧的熄灭7、沟通电弧及其熄灭、沟通电弧及其熄灭 1.沟通电弧的特性 在沟通电路中,电流瞬时值随时间变更,因而电弧的温度、直径以及电弧电压也随时间变更,电弧的这种特性称为动特性。由于弧柱的受热升温或散热降温都有确定过程,跟
12、不上快速变更的电流,所以电弧温度的变更总滞后于电流的变更,这种现象称为电弧的热惯性。沟通电弧在沟通电流自然过零时将自动熄灭,但在下半周随着电压的增高,电弧又重燃。假如电弧过零后,电弧不发生重燃,电弧就此熄灭。沟通电弧的伏安特性2 2、电弧的熄灭、电弧的熄灭、电弧的熄灭、电弧的熄灭 沟通电弧电流过零期间,同时存在两个对立的基本过程沟通电弧电流过零期间,同时存在两个对立的基本过程沟通电弧电流过零期间,同时存在两个对立的基本过程沟通电弧电流过零期间,同时存在两个对立的基本过程 (1 1)介质强度复原过程)介质强度复原过程)介质强度复原过程)介质强度复原过程 电弧电流值下降至零,弧隙温度快速下降,使得
13、弧隙电弧电流值下降至零,弧隙温度快速下降,使得弧隙电弧电流值下降至零,弧隙温度快速下降,使得弧隙电弧电流值下降至零,弧隙温度快速下降,使得弧隙由导电状态变为介质状态。由导电状态变为介质状态。由导电状态变为介质状态。由导电状态变为介质状态。(2 2)弧隙电压复原过程。)弧隙电压复原过程。)弧隙电压复原过程。)弧隙电压复原过程。电弧电流过零点以后,加在弧隙上的电压值渐渐上升电弧电流过零点以后,加在弧隙上的电压值渐渐上升电弧电流过零点以后,加在弧隙上的电压值渐渐上升电弧电流过零点以后,加在弧隙上的电压值渐渐上升的过程。的过程。的过程。的过程。(1)介质强度复原过程)介质强度复原过程 影响因素:影响因
14、素:近阴极效应近阴极效应 灭弧方法灭弧方法近阴极效应近阴极效应 正离子因其能动性差,来不及向新阴极移动正离子因其能动性差,来不及向新阴极移动 刚得到负极性的阴极来不及逸出新的电子刚得到负极性的阴极来不及逸出新的电子薄膜绝缘介质灭弧方法灭弧方法 依据灭弧方法的不同,介质强度接着增长的状况也不依据灭弧方法的不同,介质强度接着增长的状况也不一样。一样。介质强度的复原:介质强度的复原:UJF=UJF0+KJF*t UJF=UJF0+KJF*tUJF0-UJF0-确定于近阴极效应的起始介质复原强度确定于近阴极效应的起始介质复原强度KJF-KJF-确定于灭弧方法的介质强度复原速度确定于灭弧方法的介质强度复
15、原速度t-t-介质强度复原时间介质强度复原时间图图2 29 9电压复原过程电压复原过程 (a a)非振荡电压复原过程;()非振荡电压复原过程;(b b)振荡电压复原过程。振荡电压复原过程。(2 2)电压复原过程)电压复原过程)电压复原过程)电压复原过程 触头两端电压从熄弧电压触头两端电压从熄弧电压触头两端电压从熄弧电压触头两端电压从熄弧电压UxHUxH复原到工频复原电压复原到工频复原电压复原到工频复原电压复原到工频复原电压E0E0的过程,称为电压复原过程。的过程,称为电压复原过程。的过程,称为电压复原过程。的过程,称为电压复原过程。影响因素:影响因素:线路功率因素角线路功率因素角线路接线方式线
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